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1、湖 北 某 某 大 学毕业论文（设计）基于51单片机的数字温度计设计学生姓名： 草泥马 学 号： 5201314 系 别： 不知道 专 业： 不知道的什么系 指导教师： 是谁呢 评阅教师： 论文答辩日期 答辩委员会主席 版权归潘XX(030840635)所有。别重复上传啊混蛋下载后请删除和修改首页摘 要随着科技的不断发展，电子设备的应用已经取得了非凡的成就。即使是高度集成化的今天，单片机技术依旧在我们的日常生活中占据着重要的地位。温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计。它
2、们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。本文讲叙了一种基于51系列单片机的数字温度计的设计过程与仿真结果。通过Proteus画图以及Keil编程，成功的仿真出了能够实时测量温度并显示温度的数字温度计，另外还能够通过外接的键盘设置一个基准值，若温度高于基准值则会报警并且发出控制动作。关键词：单片机，温度计，仿真，AT89C52，DS18B20目 录摘 要IAbstractII1 绪言11 课题背景112 课题研究的目的和意义113 国内外研究现状22 系统设
3、计方案的研究21 系统的控制特点与性能要求422 系统的实现原理423 系统的实现方案分析524 方案的分析比较63 系统的硬件设计31 元件选取832 主电路搭建1333 显示电路1434 外围电路建立154 系统的软件设计41 软件Keil介绍1742 程序介绍18421 传感器程序18422 显示器程序19423 键盘程序20424 主程序205 系统仿真及结果分析51 仿真软件Proteus介绍2251 什么是Proteus仿真软件2252 仿真结果226 总结与展望61 总结27611 硬件方面27612 软件方面2762 展望28621 系统硬件28622 系统软件28致 谢29参
4、考文献30附录 程序33独创性声明441 绪言11 课题背景工农业生产中经常需要测量温度。在设计温度测量系统时，通常需要采用电池供电的极低功耗模块。传统的温度测量手段比较多，但不论是采用分立晶体管，或者是热电偶，功耗都降不下来。为达到低功耗要求，采用一枚极低功耗的、带Flash存储器的MCU，以及热敏电阻传感器、日历时钟和液晶模块(LCD)组成测量系统。采用负温度系数(NTC)热敏电阻，具有测量灵敏度高、体积小，电阻值大、价格便宜等特点，且温度范围可以从-40125，精度可达1，基本上满足了行业中对温度的测量需求。系统兼顾了温度测量精度和低功耗两方面的要求。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然
5、已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以点位控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。12 课题研究的目的和意义温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是
6、使用温度计直接读取温度。最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻1。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。随着社会的不断发展，人们对自动化集成中调空的要求日益提高2。即使是高度集成化的今天，单片机技术依旧在我们的日常生活中占据着重要的地位。科技不断发展，现代社会对各种信息参数的采集的准确度和精确度的要求都有了巨大的增长，然而如何准确却又快速的获取需要的阐述却受限
7、于当代信息基础的发展水平。在三大信息技术中心急采集(传感器技术)、信息传递(通信技术)和信息的处理技术(计算机技术)中，传感器技术属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感技术，在我国各个领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。单片机又称微控制器，各种单片机的内部结构基本上相似3,24-25。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特
8、点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统例如：单片机LPC2148目前在移动产品中有还是具有优势的4。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在的单片机在农业上页有了很多的应用。13 国内外研究现状单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：
9、CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机具有低的处理速度和存储容量小的特点5。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳
10、。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300
11、MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。2 系统设计方案的研究21 系统的控制特点与性能要求该系统是通过CPU(51单片机)计算温度值，通过比较当前温度值与设定的温度限制范围的大小关系。如果超过温度范围之后，并且系统需要作出对应动作之后，单片机将会对对应的外围电路发出动作信号。让报警和控制支路对温度进行报警和控制，从而提示人们或者直
12、接作出应对动作。一般的系统都必须有几个基本的性能要求稳定性，抗干扰能力，精确度，分辨率等。对于家用温度计的精确度要求并非太高，所以该系统并未要求有较高的精确度和分辨率，所以当前定义分辨率在01。为了方便用户的使用，设定温度采用整数计数，设定值的最小该变量为1，足够满足精度的需求。本系统由单片机控制，通信信号为数字信号具有很强的稳定性和抗干扰能力。22 系统的实现原理本系统是通过温度测量元件与单片机通信，在单片机中计算出对应的温度值进行控制。温度测量元件能够对温度的变化产生对应的变化，例如：热敏电阻能够在温度改变的时候电阻值会随之改变，电阻值的大小与温度值有一一对应的关系，所以通过测量电阻的大小
13、就能够得到当前的温度值；温度传感器是一种集成度较高的温度测量元件，它能够根据当前温度值产生出一串数字信号，不同的温度值得到不同的数字信号，通过对该信号的译码能够准确的获取当前的温度值。热敏电阻工作时候将长期处于不动作状态；当环境温度和电流处于C区时，热敏电阻的散热功率与发热功率接近，因而可能动作可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时，动作时间随着电流的增加而急速缩短；热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流2,37。温度传感器和热敏电阻工作原理相似，但是通过高度的集成化将测量元件输出的模拟信号经过一系列的处理之后直接经过传感器输出转换好的实际温度。传感器的输出信号
14、相对模拟信号也更加稳定和直接，更便于我们获取温度。图2.1 测量元件与温度关系图2.2 热敏电阻温度曲线23 系统的实现方案分析按照测量元件的特性和显示元件的不同我们先指定3种不同的方案。方案1：利用热敏电阻，单片机，数码管来完成基本电路的搭建。通过测量热敏电阻两端的电压和电流，计算出热敏电阻的电阻值。然后通过查找该电阻的温度特性曲线，将热敏电阻的电阻值以及对应的温度值按照一定的方程或者直接通过数组的形式存储到CPU的存储区中。通过CPU带入该电阻值进方程计算出当前温度值，或者通过内部存储器中的数组，对应表查找最接近的电阻值所对应的温度值。通过这种方式来获取温度值，并且送入数码管进行显示输出。
15、图2.3 方案1系统框图方案2：利用温度传感器，单片机以及LCD液晶显示屏来搭建基础电路。通过查阅对应温度传感器的初始化程序和温度获取程序，以及对应的数字信号值与真实值之间的比例系数。然后通过单片机与温度传感器之间进行通信，获取温度传感器中的温度信息，进行相应的数值处理，获取对应的温度值然后通过LCD液晶显示屏将对应的温度信息显示出来。LCD液晶显示屏的功能相对较为高级，不仅仅能够显示出温度值，还能够显示出英文和汉字。通过屏幕的中文说明能够直观获取各种温度的信息，以及其他相关参数。方案3：同样利用温度传感器，单片机作为主要元件，但是这里采用LED8位数码管进行显示而不是LCD液晶显示屏。相对上面方案，测量的原理完全相同，不同的仅仅是显示单元。图2.4 方案2和方案3系统框图24 方案的分析比较方案比较：我们
